基于PLC的皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

開始開始分析控制要求分析控制要求確定I/O設(shè)備確定I/O設(shè)備選擇合適的PLC類型選擇合適的PLC類型分配I/O點分配I/O點設(shè)計系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計系統(tǒng)梯形圖程序?qū)⒊绦蜉斎隤LC將程序輸入PLC調(diào)試硬件應用系統(tǒng)整體調(diào)試調(diào)試硬件應用系統(tǒng)整體調(diào)試軟件調(diào)試軟件調(diào)試是否符合設(shè)計要求是否符合設(shè)計要求NN Y投入運行投入運行圖2.3可編程控制器應用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2總體方案設(shè)計河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3硬件分析3硬件分析3.1系統(tǒng)設(shè)備的選型3.1.1PLC選型PLC輸入點統(tǒng)計根據(jù)對系統(tǒng)設(shè)計的要求需要有21個輸入，分別為四個皮帶機的單動按鈕、四個皮帶機的拉線開關(guān)、四個皮帶機的撕裂開關(guān)、四個皮帶機的防偏開關(guān)、循環(huán)啟動開關(guān)和單動啟動開關(guān)、啟動開關(guān)和停止開關(guān)以及緊停開關(guān)。具體如表所示：表3.1輸入控制點統(tǒng)計表名稱地址號數(shù)量循環(huán)啟動開關(guān)X01個各級皮帶故障（拉線開關(guān)）X1—X4各1個各級皮帶故障（撕裂開關(guān)）X20—X23各1個各級皮帶故障（防偏開關(guān)）X30—X33各1個停止按鈕X51個啟動按鈕X61個單動啟動開關(guān)X101個一級皮帶單動按鈕X111個二級皮帶單動按鈕X121個三級皮帶單動按鈕X131個四級皮帶單動按鈕X141個緊停開關(guān)X171個PLC輸出點統(tǒng)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求輸出點為9個，分別為四個皮帶機所對應的繼電器KM1—KM4和各級皮帶機故障報警燈HL2—HL5，還有一個物料指示燈HL1。其具體如下表所示：表3.2輸出控制點統(tǒng)計表名稱地址號數(shù)量一級繼電器（KM1）Y11個二級繼電器（KM2）Y21個三級繼電器（KM3）Y31個四級繼電器（KM4）Y41個物料指示燈（HL1）Y51個一級皮帶故障報警（HL2）Y61個二級皮帶故障報警（HL3）Y71個三級皮帶故障報警（HL4）Y101個四級皮帶故障報警（HL5）Y111個綜上所述，根據(jù)實際情況，輸入輸出點數(shù)決定選用三菱公司生產(chǎn)的FX2n系列微型可編程控制器中的FX2n-48MR型。3.1.2電動機選型電動機是電力拖動系統(tǒng)中的原動機，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能，去拖動各種類型生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)運動，以實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求，如驅(qū)動軋鋼機的軋輥、龍門刨床的工作臺、起重機的提升機及行走機構(gòu)、風機的葉輪等等。本設(shè)計使用的電動機本設(shè)計需要四個電動機來帶動四個皮帶機來運輸煤，這四個電動機都選用齒輪減速異步電動機，其新型號是

YCJ，舊型號是

JTC，型號的意義就是異齒減，標準編號是

JB/T6449－92。用于要求低速，大轉(zhuǎn)矩的機械。如運輸機械、礦山機械、煉鋼機械、造紙機械及其它要求低轉(zhuǎn)速的械。結(jié)構(gòu)特征是由Y

系列（IP44）電動機與齒輪減速器直接耦合而成的。所以還得選擇Y

系列

IP44電動機的具體型號。Y（IP44）是指小型三相異步電動機（封閉式），標準編號

ZBK22007－88（H80－315）JB5274－91(H355)，結(jié)構(gòu)特征是自扇冷卻，封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵，水滴大量進入電機部。用途是，作一般用途的驅(qū)動電源，即用以驅(qū)動對起動性能、轉(zhuǎn)差率等無特殊要求的機器和設(shè)備，亦可用于灰塵較多，水土飛濺的場所。選擇Y112M-2型的電動機，技術(shù)指標如下：額定功率：4KW

效率：85.5％功率因數(shù)：Cos∮＝0.87同步轉(zhuǎn)速：3000r/min

鐵心長度：105mm

氣隙長度：0.45mm

定子外徑：175mm

定子內(nèi)徑：98mm

定子線規(guī)

nc－dc：1－1.06每槽線數(shù)：48并聯(lián)支路數(shù)：1繞組型式：單層同心節(jié)距：1－16槽數(shù)

Z1/Z2：30/36轉(zhuǎn)動慣量：0.0055kgm

質(zhì)量：45kg

3.1.3其他設(shè)備的選型（1）電流表選用四個畫框式交流電流表，型號是59L19－A，等級指數(shù)是1.5，是電磁式電流表，量限如下：在0.1－20A直接接通，大于20A配用電流互感器。外形尺寸是129×69（mm）。因為選擇的電動機的額定功率為4000W，UN=380V,COS’=0.87,可IN≈7A。所以不需要配用電流互感器，量限直接選用10安。（2）電壓表采用四個畫框式交流電壓表，型號是59L19－V，等級指數(shù)是1.5，是電磁式電壓表，量限如下：在3－600V直接接通，380V，500V,1－380KV，配用電壓互感器，次級為100V。外形尺寸是129×69（mm）。由于電動機的額定電壓最大為380V,所以不用配用電壓互感器，量限直接選用380V就可以了。（3）斷路器斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負載交流電動機，斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。SBR污水處理系統(tǒng)是4kW負載電動機，起動電流較小，而且工藝要求4臺電動機單獨起動運行，因此可根據(jù)4kW=電動機選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF：IQF＝1.7IN=1.7×7A＝11.9A≈12A，選用IQF＝12A的斷路器。（4）熱繼電器電動機在運行過程中，如果長期過載、頻繁起動、欠電壓運行或斷相運行，都可能使電動機的電流超過它的額定電流。如果超過的額定值的量并不大，熔斷器在這種情況下不會熔斷，這樣將引起電動機過熱，損壞繞組的絕緣，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至燒壞電動機，因此必須對電動機采用過熱保護措施。所以用熱繼電器進行過熱保護。熱繼電器一般用于小電流的電路，觸點額定電流不大于5安。所以選擇JR1-1型熱繼電器四個，熱元件額定電流是0.64－20安培，熱元件編號是1－36，觸頭額定電流是2.5安培，觸頭分斷能力是500伏安，繼電器重量是0.2公斤。（5）熔斷器熔斷器串聯(lián)在線路中，當線路或電器設(shè)備短路時，熔斷器首先熔斷，使線路或電器設(shè)備脫離電源，起到保護作用。它是一種短路保護電器。選擇RC1系列瓷插式熔斷器，額定電壓是380V，主要用途：用于交流分支路的短路保護和過載保護。對于單臺電動機熔斷器的熔絲額定電流為IFN≥1.5~2.5IN,其中IN是電動機的額定電流，所以單個電動機的熔斷器的額定電流IFN取10.5～17.5A，四個電動機上的熔斷器的量限選擇15A,即選擇RC1-15型熔斷器。（6）開關(guān)拉線開關(guān)用于皮帶機的緊急停機。本設(shè)計選用SPS-2D（標準）型。拉線開關(guān)的鋼絲繩一端固定在一個固定的吊環(huán)上，另一端固定在開關(guān)臂桿上，鋼絲繩應粘一個支撐，端部固定在拉線開關(guān)臂桿的孔上，開關(guān)到固定端的距離通常不超過30米，兩開關(guān)之間的距離通常不超過60米，向上向下或拉動的力促使臂桿轉(zhuǎn)動到報警位置，觸動微動開關(guān)并鎖定直到人工手動復位。標準拉線開關(guān)防護等級為NEMA4適應于室內(nèi)或室外安裝。FM認證用于二級1類E,F和G組的開關(guān)。表面經(jīng)特殊處理可用于鹽性、堿性或酸性區(qū)域。對于腐蝕特別嚴重的區(qū)域表面采用無電鍍鎳處理。其特點是拉線開關(guān)是雙向觸動的，既可安裝在輸送機中間位置，也可安裝在其兩端；通用的安裝設(shè)計中拉線開關(guān)既可安裝中輸送機縱梁頂部也可安裝在其兩側(cè)；堅固的鑄鋁外殼，防護等級為NEMA4，特殊的環(huán)境可選擇特殊的表面處理；整體式蓋板使得接線及開關(guān)調(diào)整方便簡單，而不用拆卸開關(guān)；結(jié)構(gòu)件設(shè)計緊湊；醒目的黑色臂桿初托黃色或銀色殼體，易于辨別報警或正常狀態(tài)；提供完整的附件，包括鋼絲繩、繩夾及拉線支撐螺栓；手動杠桿復位。FM認證用于二類區(qū)域，增加隔離罩后可用于一類區(qū)域；可選紅色小旗用于報警指示。技術(shù)規(guī)格如下：開關(guān)額定值：SPDT開關(guān)，10A/380V；殼體：NEMA-4防風雨。撕裂開關(guān)選用DB-100型撕裂開關(guān)。在皮帶出現(xiàn)撕裂、戳破、絞結(jié)處損壞或銳利物凸出皮事時，撕裂開關(guān)能給監(jiān)視人員提供報警信號或關(guān)掉輸送機。撕裂開關(guān)成對安裝在皮帶的兩側(cè)，由兩段乙烯外套的航空鋼絲繩連接起來。繩的一端永久固定在支撐托架上，另一端連接在撕裂開關(guān)上的一個彈簧球上。兩段線繩在皮帶下面形成了一個閉合的回路。當物體或撕裂的皮帶懸吊下來，掃落一條或兩條線繩時，即探測出故障。因為線繩的脫離，它把彈簧球拉出底座，引起兩個微動開關(guān)發(fā)出報警或關(guān)掉輸送機。其特點是結(jié)構(gòu)簡單牢固、不需維護；鑄鋁外殼帶防護層；整體式蓋板，易于接線；大容量微型觸點；作用力只需0.9kg即可觸發(fā)開關(guān)。主要技術(shù)指標如下：DB100型，2個SPDT微型開關(guān)，NEMA4殼體1"NPT導線開口（標準型有兩個，防爆型有一個）外部零件用不銹鋼制作開關(guān)額定值為20A/125，250或380V交流，開關(guān)可根據(jù)需要接成常開或常閉形式鎖定角度：20拉力：3到8公斤導線開口：二個，螺絲孔3/4"-14NPT；開關(guān)間最大距離：48米（水平）、36米（傾斜），每3米纜繩有一支撐安全停機要求符合OSHA的要求FM認證，二級：1&2，E,F&G組應用范圍：常規(guī)皮帶輸送機；梭式輸送機；裙邊式給料輸送機；斗式提升機；包裝生產(chǎn)線；堆料/取料系統(tǒng)，起重機，挖掘機；輪船裝卸系統(tǒng)。水平給料機皮帶輸送機防偏開關(guān)用于皮帶跑偏檢測，此設(shè)計采用ROS-2D（標準型）。防偏開關(guān)可固定在輸送機縱梁的頂部或底部，動作臂距皮帶邊緣大約25到75mm。通常安裝在皮帶兩側(cè)距頭部或尾部滾筒0.3到2米的地方。皮帶跑偏后，迫使動作臂偏離，觸動DPDT報警微動開關(guān)。如果繼續(xù)偏停到停機觸點，觸動另一組觸點，輸送機就會保護性停機。通用的安裝設(shè)計可使防偏開關(guān)隨意安裝在輸送機縱梁頂部或底部。其特點是堅固的鑄鋁外殼，防護標準NEMA4，特殊的環(huán)境可選特殊的表面處理；整體式蓋板易于接線及調(diào)整；不需拆除動作桿就可拆掉蓋板；動作桿軸承額定轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，適合于皮帶速度小于6.35米/秒；動作桿法向角調(diào)節(jié)范圍為22.5°；法向夾角為10°時報警觸點動作，法向夾角為20°時停機觸點動作。技術(shù)規(guī)格如下：開關(guān)觸點額定值：2個SPDT,10A/380V，供報警及停機用外殼：鑄鋁防風雨處殼，防護等級NEMA4法向報警角度：在偏離垂直方向22.5°內(nèi)可調(diào)作用力：5磅導線開孔：3/4"-14NPTFMII級認證型號：1&2，E，F(xiàn)&G組帶隔離罩可用于I級區(qū)域型號：ROS-2D（標準型）應用范圍：常規(guī)皮帶輸送機；地下、索道支撐皮帶輸送機；輪船裝卸系統(tǒng)；堆垛/取料輸送機；傾斜和梭式輸送機；起重機/挖掘機起重臂限位；裙邊給料機/輸送機；重型極限開關(guān)。表3.3器件明細表序號型號名稱數(shù)量1FX2N-48MR可編程控制器1個2Y112M-2電動機4個359L19-A型畫框式電流表4個459L19-V型畫框式電壓表4個5JR1-1型熱繼電器4個6RC1-15型熔斷器4個7CJ型交流接觸器4個8SPS-2D型拉線開關(guān)4個9DB-100型撕裂開關(guān)4個10ROS-2型防偏開關(guān)4個11ZSD-48型信號燈5個3.2接線圖3.2.1電機接線圖圖3.1電機接線圖3.2.2PLC接線圖3.2PLC接線圖河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4軟件分析及仿真4軟件分析及仿真4.1梯形圖程序分析4.1.1運煤皮帶機循環(huán)自動啟動程序分析按下循環(huán)啟動按鈕X0，使中間繼電器M101帶電并實現(xiàn)M101的自鎖；在按下啟動按鈕X6，使中間繼電器M150帶電并實現(xiàn)自鎖；此時M101和M150同時帶電并使M1帶電。此時M1閉合，輸出Y4，運煤皮帶機M4開始運行；M1閉合后同時使T0開始計時，計時5秒。T0計時滿5秒后T0帶電閉合，輸出Y3，運煤皮帶機M3開始運行，同時T1開始計時；待計時滿5秒后，輸出Y2，運煤皮帶機M2開始運行，同時T2開始計時。同樣運煤皮帶機M1開始運行，待T13計時滿5秒后，輸出Y5，此時物料指示燈亮起，提示開始裝煤。4.1.2運煤皮帶機循環(huán)自動停止程序分析按下停止按鈕X5，中間繼電器M16帶電并實現(xiàn)自鎖，同時計時器K14開始計時；由于繼電器M16的動作中斷了輸出Y5，此時正在亮的物料指示燈會熄滅，提示不再裝煤啦。計時器T14計時滿5秒后，中間繼電器M2就會帶電，而此時正在運行的皮帶機M1就會由于中間繼電器M2的動作而停止運行；計時器T14動作后，計時器T3會開始計時；同理皮帶機M2也會在T3計時滿5秒后停止運行，并使計時器T4開始計時。與上面的相同皮帶機M3、M4也依次停止。4.1.3運煤皮帶機單動啟動與停止程序分析按下單動啟動按鈕X010，使中間繼電器M100帶電并實現(xiàn)自鎖，此時在按下X011，中間繼電器M111就會帶電，此時就會輸出Y1，運煤皮帶機M1就會運行；如要停止皮帶機M1，只需再按下X011繼電器M111就會斷電，不會輸出Y1。同理運煤皮帶機M2、M3也是如此的啟動與停止的。與上面的相同運煤皮帶機M4也是按下X014進行啟動與停止的。4.1.4運煤皮帶機故障停止程序分析當運煤皮帶機M1上的拉線開關(guān)受到觸動時，X1開始動作，使中間繼電器M14開始帶電并實現(xiàn)自鎖，此時由M14連通的輸出Y1就會斷開，運煤皮帶機M1就會停止運行，而中間繼電器M150也會動作，使所有的運煤皮帶機都停止運行；X1接通后，就會在計時器的帶動下輸出Y6，一級皮帶機的報警燈就會亮起，并且會在計時器的作用下以2秒為周期（亮1秒，滅1秒）運行下去。同樣，運煤皮帶機M2—M4在觸動各自拉線開關(guān)后，就會停止運行，并相應的報警燈就會亮起，提示本皮帶機有故障。當運煤皮帶機M1上的撕裂開關(guān)受到觸動時，X20開始動作，使中間繼電器M20開始帶電并實現(xiàn)自鎖，此時由M20連通的輸出Y1就會斷開，運煤皮帶機M1就會停止運行，而中間繼電器M150也會動作，使所有的運煤皮帶機都停止運行；X20接通后，就會在計時器的帶動下輸出Y6，一級皮帶機的報警燈就會亮起，并且會在計時器的作用下以2秒為周期（亮1秒，滅1秒）運行下去。同樣，運煤皮帶機M2—M4在觸動各自撕裂開關(guān)后，就會停止運行，并相應的報警燈就會亮起，提示本皮帶機有故障。同理，當運煤皮帶機M1上的防偏開關(guān)受到觸動時，X30開始動作，使中間繼電器M30開始帶電并實現(xiàn)自鎖，此時由M30連通的輸出Y1就會斷開，運煤皮帶機M1就會停止運行，而中間繼電器M150也會動作，使所有的運煤皮帶機都停止運行；X30接通后，就會在計時器的帶動下輸出Y6，一級皮帶機的報警燈就會亮起，并且會在計時器的作用下以2秒為周期（亮1秒，滅1秒）運行下去。同樣，運煤皮帶機M2—M4在觸動各自撕裂開關(guān)后，就會停止運行，并相應的報警燈就會亮起，提示本皮帶機有故障。4.2軟件仿真4.2.1啟動停止仿真按下啟動開關(guān)后，再按下循環(huán)啟動開關(guān)，繼電器KM4開始亮起，代表運煤皮帶機M4開始運行，根據(jù)程序設(shè)定，經(jīng)過5秒延時后繼電器KM3亮起，代表運煤皮帶機M3開始運行，依此步驟，四個皮帶機都運行起來，物料指示燈亮起，提示開始裝煤。要停止時，按下停止按鈕，物料指示燈就會先熄滅，提示不再裝煤，根據(jù)程序設(shè)定，經(jīng)過5秒延時后繼電器KM1停止帶電，運煤皮帶機M1停止運行，其余的運煤皮帶機也是如此的停止運行。單動控制時，按下單動開關(guān)，再按下四級單動按鈕，四級繼電器KM4就會帶電亮起，代表運煤皮帶機M4開始運行，如要停止運行就再按一下四級單動按鈕，繼電器KM4就會斷電，此時運煤皮帶機M4就會停止運行。其余的三條皮帶機運行狀態(tài)也是如此的控制。4.2.2故障報警燈亮起仿真當四級拉線開關(guān)被觸動后或者人工拉下后，所有的運煤皮帶機都會停止運行，而此時四級運煤皮帶機的報警燈HL4就會亮起，提示是這級皮帶機出現(xiàn)故障，以便檢查維修。當其余三條皮帶機的拉線開關(guān)被觸動后或者人工拉下后，系統(tǒng)也會做出同樣的反應。撕裂開關(guān)和防偏開關(guān)的工作和拉線開關(guān)的一樣的原理。4.3系統(tǒng)整體運行概述當X0接通后，自己實現(xiàn)自鎖，單動開關(guān)不作用，此時循環(huán)開關(guān)閉合，在按下啟動按鈕X6閉合并自鎖，傳送帶就會自動順序啟動。順序啟動時啟動時先起動最末一條皮帶機M4，經(jīng)過5秒延時，再啟動皮帶機M3,經(jīng)過5秒延時,啟動皮帶機M2，再經(jīng)過5秒延時，最后啟動皮帶機M1，再經(jīng)過5秒延時物料指示燈亮起，開始裝料。當順序啟動完畢之后，接通X5，那么系統(tǒng)就開始停止。物料指示燈先停，機器不再進行裝料，經(jīng)過5秒延時，一級皮帶機M1停止，再經(jīng)過5秒延時，二級皮帶機M2停止，又經(jīng)過5秒延時，三級皮帶機M3停止，又經(jīng)過5秒延時，四級皮帶機M4停止。如上，皮帶機的逆序啟動，順序停止介紹完畢。當X10接通后，自己實現(xiàn)自鎖，循環(huán)開關(guān)不作用，此時單動開關(guān)閉合。當X11接通時，一級皮帶機M1啟動運行，當斷開X11后，一級皮帶機M1停止運行。當X12接通時，二級皮帶機M2啟動運行，當斷開X12后，一級皮帶機M2停止運行。當X13接通時，一級皮帶機M3啟動運行，當斷開X13后，一級皮帶機M3停止運行。當X14接通時，一級皮帶機M4啟動運行，當斷開X14后，一級皮帶機M4停止運行。如上所訴，就是運煤皮帶機單動控制的概述。如果一級皮帶機有拉線故障，那么X11就會接通，一級皮帶機故障報警燈就會亮起，同時各級運煤皮帶機都會停止運行，待故障修復完畢后，故障報警燈就會熄滅，然后在啟動運煤皮帶機進行工作。如果一級皮帶機有撕裂故障，那么X20就會接通，一級皮帶機故障報警燈就會亮起，同時各級運煤皮帶機都會停止運行，待故障修復完畢后，故障報警燈